光纖光柵傳感技術(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測可行性

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳感技術(shù)也是得到質(zhì)的飛躍,光纖光柵傳感技術(shù)與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比有著很多優(yōu)勢(shì),因此在很多行業(yè)中得到了應(yīng)用。文章就對(duì)光纖光柵傳感技術(shù)做一個(gè)簡單地分析,同時(shí)介紹了其在一些領(lǐng)域的具體應(yīng)用。

本文在光纖bragg光柵理論研究基礎(chǔ)上,結(jié)合理論計(jì)算,著重對(duì)光纖傳感技術(shù)在特大跨橋梁施工監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,論證了光纖光柵用于大型橋梁施工監(jiān)測的優(yōu)越性,具有廣闊的應(yīng)用前景。

針對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)測難以滿足橋梁安全狀態(tài)監(jiān)測的問題,通過將光纖作為信號(hào)感知單元,可對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變進(jìn)行感知,并對(duì)損傷狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警.光纖傳感技術(shù)是近年來發(fā)展非常迅速的一種信號(hào)測試手段,與傳統(tǒng)測試手段相比具有一系列的優(yōu)勢(shì).本文從目前主要使用的光纖光柵(fbg)傳感橋梁監(jiān)測系統(tǒng)入手,從測試原理、測試方法和實(shí)現(xiàn)效果等方面進(jìn)行分析,并對(duì)以后的技術(shù)發(fā)展做出了展望.

光纖光柵傳感技術(shù)是國際上近十年發(fā)展起來的新型傳感技術(shù),既用光纖感測信號(hào)又用光纖傳輸信號(hào),是以光纖為載體的傳感技術(shù)的最杰出代表。目前該技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟,并成功地應(yīng)用于多個(gè)相關(guān)行業(yè)。介紹了在光纖光柵技術(shù)平臺(tái)上研制出的傳感器的特點(diǎn)、工作原理及其在水利監(jiān)測中的應(yīng)用,著重于光纖光柵傳感技術(shù)在水位遙測及大壩安全監(jiān)測上的應(yīng)用。

光纖傳感、光纖光柵、光纖光柵傳感 光纖傳感技術(shù)由于光纖不僅可以作為光波的傳輸媒質(zhì)，而且光波在光纖 中的傳播時(shí)表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、波長等）因外界因素 （如溫度、壓力、磁場、電場、位移等）的作用而間接或直接地發(fā)生變化，從 而可將光纖用作傳感器元件來探測各種待測量（物理量、化學(xué)量和生物量）， 這就是光纖傳感器的基本原理。光纖傳感技術(shù)的分類光纖傳感器可以分為傳 感型（本征型）和傳光型（非本征型）兩大類。利用外界因素改變光纖中光的 特征參量，從而對(duì)外界因素進(jìn)行計(jì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，稱為傳感型光纖傳感器， 它具有傳感合一的特點(diǎn)，信息的獲取和傳輸都在光纖之中。傳光型光纖傳感器 是指利用其它敏感元件測得的特征量，由光纖進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它的特點(diǎn)是充分 利用現(xiàn)有的傳感器，便于推廣應(yīng)用。這兩類光纖傳感器都可再分成光強(qiáng)調(diào)制、 相位調(diào)制、偏振態(tài)調(diào)制和波長調(diào)制等幾種形式。光纖傳感器的特點(diǎn)1、

采用雙簡支梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種光纖光柵加速度傳感探頭,探頭彈性系統(tǒng)由雙簡支梁、雙光纖光柵、質(zhì)量塊等組成。采用差動(dòng)補(bǔ)償法解決了光纖光柵傳感器溫度與應(yīng)變交叉敏感問題。該探頭結(jié)構(gòu)簡單,線性度好,一階諧振頻率達(dá)到525hz,不受電磁干擾,不受光路功率波動(dòng)和相位噪聲影響,且測量靈敏度是單光纖光柵傳感器的2倍。

針對(duì)纜索局部埋植傳感器測試索力的特殊要求,特制光纖光柵應(yīng)變傳感器,傳感器封裝保證光纖光柵植入纜索的成活率,減敏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證纜索索力測試的大應(yīng)力監(jiān)測要求。針對(duì)應(yīng)變傳感器與鋼絲的2種連接方式,即傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)膠連接和特制的抱箍機(jī)械連接方式進(jìn)行了張拉性能測試。由標(biāo)定的傳感器力敏系數(shù)可知,在鋼絲產(chǎn)生5000×10-6的應(yīng)變變化下,光纖光柵實(shí)際中心波長變化不超過2900pm,達(dá)到了減敏效果,傳感器可以滿足大索力長期測試要求。

為了滿足橋梁頂推法施工監(jiān)控的復(fù)雜要求,分析了光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)和原理;研究了應(yīng)變和溫度交叉敏感以及波長解調(diào)等光纖bragg光柵(fbg)傳感技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題。根據(jù)對(duì)橋墩受力變形的分析,結(jié)合實(shí)例設(shè)計(jì)了傳感器參數(shù)。將虛擬儀器與fbg傳感器相結(jié)合,可以利用虛擬儀器技術(shù)在信號(hào)采集、分析、存儲(chǔ)和傳輸?shù)确矫娴膬?yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)光纖光柵解調(diào)與施工監(jiān)控于一體,保證了施工安全和橋梁質(zhì)量。

光纖光柵傳感技術(shù)作為工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測的一種全新方法,因其具有較高的性價(jià)比而備受青睞;以橋梁靜載試驗(yàn)為例,詳細(xì)介紹了光纖光柵傳感原理和布設(shè)工藝;根據(jù)靜載試驗(yàn)得出的應(yīng)力應(yīng)變數(shù)據(jù)對(duì)橋梁健康狀況加以分析表明:光纖光柵傳感技術(shù)性能穩(wěn)定、數(shù)據(jù)能較好反映出實(shí)橋在荷載作用下的健康狀況。

光纖光柵傳感器光纖光柵傳感器

光纖光柵是一種新型的光無源器件，它的出現(xiàn)使光纖由被動(dòng)的傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)的光子器件，并以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

光纖光柵是一種新型的光無源器件,它的出現(xiàn)使光纖由被動(dòng)的傳輸介質(zhì)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)的光子器件,并以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

分布式光纖光柵傳感技術(shù)在混凝土梁監(jiān)測中的應(yīng)用——文章首先介紹了分布式光纖光柵傳感技術(shù)監(jiān)測混凝土梁的原理，然后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)梁的靜栽實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：通過與理論值、傳統(tǒng)電阻式應(yīng)變片的測量值進(jìn)行比較，光纖光柵傳感器的測量數(shù)據(jù)具有足夠的精度和良好的可靠性...

文章首先介紹了分布式光纖光柵傳感技術(shù)監(jiān)測混凝土梁的原理,然后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)梁的靜載實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:通過與理論值、傳統(tǒng)電阻式應(yīng)變片的測量值進(jìn)行比較,光纖光柵傳感器的測量數(shù)據(jù)具有足夠的精度和良好的可靠性。

由于光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、尺寸小、容量大、準(zhǔn)分布式測量,并且可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離長期監(jiān)測與傳輸?shù)奶攸c(diǎn),其在結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測中得到日益廣泛應(yīng)用。文中論述了在大型裝卸設(shè)備翻車機(jī)中引入結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測的必要性,概述了光纖光柵傳感技術(shù)的基本原理,并以翻車機(jī)為例,介紹結(jié)構(gòu)健康安全監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù),包括溫度補(bǔ)償、基于有限元分析的測點(diǎn)分布、數(shù)據(jù)采集與處理和安全預(yù)報(bào)警。

分析研究了光纖光柵傳感與測試技術(shù)在大型土木工程結(jié)構(gòu)監(jiān)測中的應(yīng)用;通過在加固后重載吊車梁圓弧端頭的應(yīng)力測試,對(duì)光柵傳感器在結(jié)構(gòu)測試中的布設(shè)、連接和監(jiān)測等進(jìn)行了測試與研究,測試結(jié)果表明:該測試技術(shù)的測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠,與理論計(jì)算結(jié)果吻合較好,是進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測的有效手段.

光纖光柵傳感技術(shù)具有傳統(tǒng)傳感器無可比擬的優(yōu)勢(shì),重大工程結(jié)構(gòu)的健康診斷與監(jiān)測是跨學(xué)科的前沿研究領(lǐng)域。介紹了光纖光柵傳感技術(shù)用于重大工程結(jié)構(gòu)的原理、國內(nèi)外研究以及在重大工程中應(yīng)用的概況,闡述了基于光纖光柵傳感技術(shù)和應(yīng)變模態(tài)理論的損傷自診斷智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本構(gòu)成、原理,并指出近期應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)光纖光柵傳感技術(shù)的結(jié)構(gòu)診斷、動(dòng)態(tài)解調(diào)、工業(yè)化批量生產(chǎn)及其埋設(shè)等方面研究工作。

分析了光纖bragg光柵傳感器的基本原理,對(duì)目前光纖bragg光柵傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用情況進(jìn)行了討論;探討了光纖bragg光柵傳感器在研究和應(yīng)用過程中存在的問題并適當(dāng)提出了解決方案.

本文對(duì)目前國內(nèi)外光纖光柵傳感器在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中的應(yīng)用做了簡要概述。

文章對(duì)3種光纖傳感技術(shù)(b-otdr/b-otda,dts,fbg)用于架空輸電線路狀態(tài)監(jiān)測進(jìn)行了比較。dts由于檢測方法所限只能檢測溫度。雖然b-otda可以同時(shí)檢測溫度和應(yīng)力,但由于光纖壽命、oppc/opgw制造技術(shù)以及價(jià)格昂貴等因素影響,不適合用于架空輸電線路應(yīng)力監(jiān)測。光纖光柵傳感技術(shù)具有價(jià)格適宜、精度高、速度快、測試距離長、可制成各種傳感器等優(yōu)點(diǎn),適合用于架空輸電線路的溫度及應(yīng)力等狀態(tài)監(jiān)測。

光纖光柵傳感健康監(jiān)測技術(shù)及其工程應(yīng)用項(xiàng)目源自遼寧省科學(xué)技術(shù)基金（20032120）、遼寧省科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)基金（20042149）以及國家自然科學(xué)基金（50408031）。承擔(dān)單位為大連理工大學(xué)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為李宏男教授。本成果于2006年獲得遼寧省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。光纖光柵可以埋入大型土木結(jié)構(gòu)并對(duì)其內(nèi)部的應(yīng)變等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的高分辨率和大范圍監(jiān)測，是未來智能結(jié)構(gòu)的集成光學(xué)神經(jīng)，也是目前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測首選的傳感器。本項(xiàng)目圍繞埋入式光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞機(jī)制、在非軸向力作用下光纖光柵傳感器的應(yīng)變傳遞率、

詳細(xì)闡述光纖光柵傳感器的結(jié)構(gòu)及布拉格光纖光柵傳感器的工作原理。重點(diǎn)介紹結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成、光纖光柵傳感器系統(tǒng)的信號(hào)處理、安裝等方面問題;展望光纖光柵傳感器在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域中的前景。